PWMパラメータ
入力電圧 V_in
V
デューティ比 D
%
スイッチング周波数
kHz
負荷電流 I_out
A
スイッチ特性
MOSFET R_DS(on)
mΩ
スイッチング時間 t_r+t_f
ns
フィルタ設計
インダクタンス L
μH
フィルタキャパシタ C
μF
計算結果
—
平均出力電圧 (V)
—
リップル電流 ΔIL (A)
—
推定効率 (%)
—
スイッチング損失 (W)
—
導通損失 (W)
—
フィルタ f_c (Hz)
PWM波形
| 項目 | 値 | 単位 |
|---|---|---|
| 平均出力電圧 | — | V |
| 出力電力 | — | W |
| リップル電流 ΔIL | — | A |
| リップル率 | — | % |
| スイッチング損失 | — | W |
| 導通損失 | — | W |
| 全損失 | — | W |
| 推定効率 | — | % |
| フィルタカットオフ f_c | — | Hz |
| f_sw / f_c 比 | — | — |
エンジニア会話 — 「周波数を上げると何が良くなるの？」
🙋 「PWMの周波数って高い方がいいって聞くんですけど、なんでですか？」
🎓 「周波数が高いとスイッチング周期が短くなるから、同じリップル電流でもインダクタを小さくできるんだ。つまり回路を小型化できる。電気自動車のインバータが20〜100kHzを使うのもそのため。」
🙋 「じゃあ無限に高くすればいいのではないですか？」
🎓 「スイッチング損失は周波数に比例して増えるんだよ。MOSFETがON/OFFするたびに電圧と電流が重なる瞬間に熱が出る。100kHzで数Wの損失が、1MHzにしたら10倍の損失になる。だから効率と小型化のトレードオフで最適周波数を決める。」
🙋 「SiCやGaNデバイスって最近よく聞きますが、それとどう関係するんですか？」
🎓 「SiC・GaNはスイッチング時間（t_r, t_f）がSiMOSFETの1/10以下なんだ。だからスイッチング損失をほぼゼロに近づけられる。EVのオンボードチャージャーが200〜400kHzで動けるのはSiCのおかげだよ。」
理論・主要公式
平均電圧・リップル電流：
$$V_{\text{avg}}= D \cdot V_{\text{in}}, \quad \Delta I_L = \frac{(V_{\text{in}}- V_{\text{avg}}) \cdot D}{L \cdot f_{\text{sw}}}$$スイッチング損失・導通損失：
$$P_{\text{sw}}= \frac{1}{2}V_{\text{in}}\cdot I_{\text{out}}\cdot (t_r + t_f) \cdot f_{\text{sw}}$$ $$P_{\text{con}}= I_{\text{out}}^2 \cdot R_{\text{DS(on)}}\cdot D$$LCフィルタカットオフ：
$$f_c = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$$